基于混合尺度健康因子的LSTM-Transformer锂电池寿命预测
DOI:
CSTR:
作者:
作者单位:

1.上海电力大学自动化工程学院 上海 200090; 2.华能玉环电厂 台州 317699

作者简介:

通讯作者:

中图分类号:

TM912;TN911

基金项目:

国家电网公司华东分部科技项目(H2021-111)资助


Lithium-ion battery life prediction based on hybrid scale health factors with LSTM-Transformer model
Author:
Affiliation:

1.School of Automation Engineering, Shanghai University of Electric Power,Shanghai 200090, China; 2.Huaneng Yuhuan Power Plant, Taizhou 317699, China

Fund Project:

  • 摘要
  • |
  • 图/表
  • |
  • 访问统计
  • |
  • 参考文献
  • |
  • 相似文献
  • |
  • 引证文献
  • |
  • 资源附件
  • |
  • 文章评论
    摘要:

    为提高锂电池剩余使用寿命(RUL)预测的精度,提出基于混合尺度健康因子的集成模型进行RUL预测。针对电池退化数据噪声大,数据量少和非线性特点捕捉不全的问题,首先提出奇异值分解(SVD)对电容信号处理,通过奇异值的能量分布优化变分模态分解(VMD)的最佳模态数,降噪重构出直接健康因子SR。提出一种幅度、相位双扰动(APP)的数据增强方法,依据SR数据分布变化,生成人工标记数据ESR,此ESR与电容相关系数均高于0.97。将SR、ESR结合GRA算法择取的3个间接健康因子,建立了更全面的混合尺度寿命特征信息;此外,为了避免单一模型预测的局限性,采用LSTM模型改进了Transformer结构中的解码器,引入新兴Optuna框架分析了影响模型预测精度的关键超参数并对它们进行了优化。最后通过NASA数据进行实验,并与RNN、LSTM、Transformer以及现有模型方法进行比较,结果证明RMSE控制在2.39%以内,MAE在1.59%以内,且预测性能受预测起点的影响小,稳定性更高,95%置信区间更窄。

    Abstract:

    To enhance lithium-ion battery remaining useful life (RUL) prediction accuracy, we propose an integrated model using hybrid scale health factors. We address challenges of noisy data, limited quantity, and incomplete capture of nonlinear characteristics. Firstly, we use singular value decomposition (SVD) to process capacitance signals, optimizing variational mode decomposition (VMD) for denoising and reconstructing the direct health factor, SR. We introduce an amplitude-phase perturbation (APP) data augmentation method to generate artificially labeled data, ESR, based on changes in SR data distribution. Combined with three indirect health factors, selected using GRA algorithm, we establish a comprehensive mixed-scale life characteristic information. Additionally, we improve Transformer model′s decoder structure with LSTM and optimize key hyperparameters using Optuna framework. Experimental results on NASA data show RMSE within 2.39% and MAE within 1.59%, with improved stability and narrower 95% confidence intervals compared to RNN, LSTM, Transformer, and existing models.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

赵昱坡,黄伟,张剑飞.基于混合尺度健康因子的LSTM-Transformer锂电池寿命预测[J].电子测量技术,2024,47(11):112-122

复制
分享
文章指标
  • 点击次数:
  • 下载次数:
  • HTML阅读次数:
  • 引用次数:
历史
  • 收稿日期:
  • 最后修改日期:
  • 录用日期:
  • 在线发布日期: 2024-10-12
  • 出版日期:
文章二维码